Analisi dell'economia di corsa attraverso l'uso del sensore AirGo

The following thesis work deals with the modelization of the influence of the run setting with respect to the minute ventilation (MV) and the heart rate (HR) of a runner by means of the wearable sensor AirGo and a sport-watch. AirGo measures the variation of the circumference of the rib cage and of the abdominal wall caused by the act of breathing through the use of an elastic band of nylon and spandex with a built-in silver-coated yarn. The band varies its internal resistance value depending on its elongation. This measure, after a correct signal processing, permits to obtain some respiratory parameters such as minute ventilation, amplitude of breath and respiratory rate. Heart rate is provided by the sport-watch thanks to its optic sensor. The minute ventilation defines the amount of air moved in a minute because of breathing action. MV and HR are good indicators to describe the intensity of the physical exercise [15, 19]. Running can be influenced by several factors, some of which can be controlled directly by the runner while others are less or not at all controllable. Factors that can not be controlled are inherently correlated by the person, e.g. his body temperature, the type of muscle fibers that characterize his body, the level of training, the gender, etc. [18], while manageable ones are decided by the runner. The ones more considerable and easy to find are the stride rate or cadence, the posture of the body and the speed of running. The realization of the protocol to gather the data, conducted by means of a treadmill, permitted to define models able to explain the relationship that elapses between the running setting and our output variables. The analysis of these models defined the optimal values of cadence, angle of posture and speed that minimize the value of the heart rate and the energy expenditure by the same distance traveled. Moreover, this protocol describes how the device has to be fixed to the body of the runner in order to have a correct measure of the band elongation.

Il presente lavoro di tesi tratta la modellazione dell’influenza dell’impostazione di corsa rispetto alla ventilazione al minuto (MV) e alla frequenza cardiaca (HR) di un soggetto utilizzando il sensore indossabile AirGo ed uno sport-watch. Il sensore AirGo misura la variazione della circonferenza della gabbia toracica e della parete addominale dovuta all’atto respiratorio grazie all’utilizzo di una fascia elastica in Nylon e spandex, al cui interno è integrato un filo di argento. Essa varia il suo valore di resistenza interna a seconda dell’elongazione della stessa. Questa misura, dopo un corretto processamento del segnale, permette di ricavare alcuni parametri respiratori tra cui la ventilazione al minuto, la frequenza di respiro e l’ampiezza di respiro. La frequenza cardiaca viene fornita dallo sport-watch grazie al sensore ottico integrato. La ventilazione al minuto, la quale indica la quantità di aria spostata in un minuto attraverso l’atto respiratorio, e il battito cardiaco sono ottimi indicatori per definire l’intensità dell’esercizio fisico [15, 19]. La corsa può essere influenzata da diversi fattori, alcuni di questi sono controllabili direttamente dal corridore mentre altri lo sono meno o per niente. I fattori non controllabili sono intrinsecamente legati alla persona, come ad esempio la sua temperatura corporea, il tipo di fibre muscolari che caratterizzano il corridore, il livello di allenamento, il genere, ecc [18]. Ne esistono altri che sono gestibili direttamente dall’atleta. Quelli più rilevanti e di facile individuazione sono: la cadenza, l’inclinazione del busto del soggetto e la velocità di corsa. La creazione di un protocollo di raccolta dati condotto grazie all’uso di un tapis roulant elettrico, ha permesso quindi di ricavare dei modelli capaci di spiegare la relazione che intercorre tra l’impostazione di corsa e le nostre variabili di output. L’analisi di questi modelli ha consentito di definire il valore di cadenza ottimo, l’angolo di inclinazione del busto ottimo e la velocità ottima che minimizzano il valore di frequenza cardiaca ed il dispendio energetico del corridore a parità di distanza percorsa. Questo protocollo descrive inoltre come deve essere fissato il sensore al busto del corridore per avere una corretta misurazione dell’elongazione della fascia.